First principles study of nanostructured surface reconstructions induced by the deposition of metals on vicinal si (111)

Resumen

Estudio teórico de las propiedades electrónicas y estructurales de reconstrucciones superficiales nanoestructuradas inducidas por la deposición de átomos metálicos sobre superficies de silicio. La presente tesis se centra en el estudio, utilizando cálculos de estructura electrónica dentro de la teoría del funcional de la densidad (DFT), de la estructura atómica y electrónica de varias reconstrucciones que se obtienen después de depositar diversos metales en Si(111) y superficies vecinales de Si(111). Muchas de estas estructuras forman reconstrucciones cuasi-unidimensionales donde los átomos de metal se agrupan formando cadenas monoatómicas o con secciones de unos pocos átomos. Por ello han sido propuestas como realizaciones experimentales de un metal unidimensional ideal, y se han buscado manifestaciones del comportamiento conocido como liquido de Tomonaga- Luttinger en sus espectros de fotoemisión, así con indicaciones de transiciones metal-aislante asociadas a distorsiones estructurales del tipo transición de Peierls. Casi todo nuestro estudio se ha centrado en las reconstrucciones inducidas por al deposición de oro Si(557)/Au y Si(111)-(5x2)-Au. En nuestro trabajo hemos conseguido identificar los modelos estructurales energéticamente más estables y hemos estudiado sus propiedades electrónicas que, en general, están en buen acuerdo con lo observado en los experimentos de fotoemisión y de microscopia tunel. También hemos dedicado algún esfuerzo al sistema Si(111)/In. Para esta superficie hemos confirmado que el modelo para la transición 4x1-> 4x2-> 8x2 basado en una deformación de cizalla seguido por una distorsión de Peierls, propuesto recientemente, es el más plausible y el que consigue un mejor acuerdo con la fenomenología experimental. En la presente tesis también hemos implementado el método LDA+U dentro del método de calculo SIESTA.